DE10005202A1

DE10005202A1 - Kontinuierliche, bauteil- und prozessorientierte Herstellung von Verstärkungsstruktur-Halbzeugen für Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe

Info

Publication number: DE10005202A1
Application number: DE10005202A
Authority: DE
Inventors: Christian Weimer; Andreas Woeginger
Original assignee: Institut fuer Verbundwerkstoffe GmbH
Current assignee: Institut fuer Verbundwerkstoffe GmbH
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: DE10005202B4

Abstract

Zur Herstellung von bauteil- und prozeßangepaßten flächigen textilen Verstärkungsstrukturhalbzeugen wird die "mehrdimensionale prozeß- und bauteilorientierte Halbzeugkonfektionierung" eingesetzt. Zunächst wird die Grundstruktur des Lagenaufbaus auf einer Legeeinheit (2) abgelegt. Die Geometriekonturen, bzw. die prozeßspezifisch notwendigen Nähte, werden in die abgelegte Struktur mit in der ebene frei programmierbaren Nähköpfen (5, 6) eingebracht. Die Systemeinheiten Lege- und Nähbarren können modular in beliebiger Reihenfolge angeordnet werden. Im Vergleich zu den gängigen Verfahren, ist deshalb die Ablage von mehreren 0 DEG -Lagen im Gelegeaufbau (3), aufgrund der möglichen Zwischenvernährung der Struktur in x- und y-Richtung, möglich. Diese Eigenschaft, insbesondere die freie Programmierbarkeit jedes einzelnen Nähstiches, ermöglicht es weiterhin, Krafteinleitungselemente bzw. lokale Verstärkungen und Folien kontinuierlich zu integrieren. Bedingt durch die größere Durchgangshöhe der gegebenen Nähköpfe im Vergleich zu einer Wirkeinheit, können auch größere Lagenpakete miteinander vernäht werden. Unterschiedliche flächige Halbzeuge (8) können zusätzlich zugeführt werden. Durch die so erzeugte, determinierte Verstärkungsstruktur, die allerdings noch ein flächiges Trägersystem darstellt, kann am Ende des Prozesses eine Aufwickelung (7) erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer neuartiger textilen Verstärkungs halbzeugklasse entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Faser-Kunststoff-Verbundbauteilen (FKV) werden die Verstärkungsfasern im allgemeinen in Form eines flächigen textilen Halbzeugs eingebracht. Eine Effizienzsteigerung in der Fertigung von Bauteilen aus endlosfaserver stärkten Kunststoffen wird durch verbesserte Technologien zur Herstellung der textilen Verstärkungsstrukturen erreicht. Die eingesetzte Technologie zur Herstellung von Faser- Halbzeugen ist für die später erzielbare Festigkeit, bzw. Ausnutzung der Fasereigen schaften entscheidend. Die so herzustellenden Halbzeuge müssen einerseits verschiede ne Faserorientierungen aufweisen können, und andererseits kompatibel mit der Matrix sein. Werden Gewebe als Verstärkungshalbzeug eingesetzt, können im Verbund bei spielsweise nur 50-60% der möglichen Festigkeit einer exakt ausgerichteten Faser er zeugt werden. Daraus entsteht die Forderung nach Halbzeugen die exakt ausgerichtete Fasern aufweisen.

Geht man von den vorhandenen Fertigungsprozessen zur Herstellung von endlosfaser verstärkten FKV aus, so entstehen individuelle Anforderungen an das textile Halbzeug, welche sich aus dem Verarbeitungsprozeß und den bauteilspezifischen Anforderungen ergeben. Hieraus leitet sich die Forderung nach, prozeß- und bauteilorientierten, konfek tionierten Faser-Halbzeugen ab. Herkömmliche Verarbeitungsverfahren für solche Werk stoffe basieren auf der Verwendung von gegebenen textilen Strukturen. Der Weg zur Lö sung bauteil- und prozessspezifischer Probleme und Anforderungen, über eine Anpassung der textilen Halbzeuge wurde bisher nicht gegangen. Das vorliegende Verfahren stellt eine konsequente Lösung zur Herstellung von Faser-Halbzeugen dar, die sich aus speziellen Verarbeitungsprozessanforderungen ableiten (z. B. optimale Bindefadenarchitektur durch angepassten Nähprozeß) und gleichzeitig Anforderungen unterschiedlicher Bauteile erfül len. Solche Halbzeuge werden im Folgenden als "Manufacturing Process Adapted Re inforcements (MPAR)" bezeichnet.

Textile, vorkonfektionierte Halbzeuge

Es ist bekannt Fasern belastungsgerecht (bauteilorientiert, belastungsgerecht und konfek tioniert) abzulegen und in einem nachfolgenden Wirkprozeß eindimensional, d. h. in einer Richtung, miteinander zu Vernähen (Offenlegungsschrift DE 196 24 912 A1 und Offenle gungsschrift DE 197 26 831 A1 und Hörsting, K.; Huster, M.: Targetting cost reduction by FEA-designed reinforcement textiles. Proceedings 'ECCM-8', Neapel/Juni 1998, pp. 635- 643). Solche flächige textile Halbzeuge werden als konfektionierte Gelege bezeichnet. Weiterhin findet im Sinne einer Konfektionierung von Verstärkungsstrukturen eine Weiter verarbeitung dieser konfektionierten Multi-Axial-Gelege mittels konventioneller Nähtechnik zu komplexen Vorformlingen (Preforms) statt. Verschiedenartige textile Halbzeuge, sowie Krafteinleitungselemente, können miteinander verbunden werden (Offenlegungsschrift 196 08 127 A1). Ein weiterer Prozeß zur belastungsgerechten Ablage von Fasern, und zur Herstellung von bauteilorientierten Einzelteilen, ist das sogenannte "Tailored Fibre Place ment (TFP)" (Offenlegungsschrift DE 197 16 666 A1 und Offenlegungsschrift DE 197 16 666 A1), welches die Sticktechnologie ausnutzt um einzelne Fasern belastungsgerecht abzulegen.

Bei der Vorformling-Herstellung aus konfektionierten Gelegen sind zusätzliche Zuschnei dearbeiten erforderlich. Es entstehen ausfransende Kanten der Einzelteile bzw. eine er höhte Menge an Verschnitt. Weiterhin müssen in diesem Falle Maßnahmen zur Vermei dung eines weiteren ausfransens getroffen werden.

Für den Fall der Weiterverarbeitung von konfektionierten Gelegen zu thermoplastischen FKV Systemen müssen Matrix kompatible Bindefäden (Maschenfäden, Wirkfäden) einge setzt werden, welche allerdings häufig durch diverse Nähvorbereitungen (Texturierung, Verstreckung) nicht vollständig als Matrix- oder Faseranteil in den FKV eingehen. Die Ver arbeitung solcher Fäden auf konventionellen Wirkmaschinen ist nur beschränkt möglich.

Durch die erhöhte Anzahl von Maschenreihen im Wirkprozeß erfolgt des weiteren eine Schädigung der Fasern (Faserondulationen, lokale Kompaktierungen) was zu einer Ab senkung der mechanischen Eigenschaften des FKV führt. Sollen solche Gelege in nach folgenden Nähprozessen zu komplexen Preforms weiterverarbeitet werden, so sind lokale Schiebeverfestigungen vorzunehmen um Verschiebungen (z. B. Faserondulationen, Gele geverzug) zu vermeiden, um so ein optimales Ergebnis zu gewährleisten. Dies erfordert einen weiteren Arbeitschritt zusätzlich zur Gelegeherstellung bzw. des eigentlichen Pre formings.

Die Nähfäden dienen zur Fixierung der Einzellagen zueinander. Diese Funktion kann das Gelege nur im trockenen Zustand erfüllen. Nach dem Imprägniervorgang ist der überwie gende Teil der maschenbildenden Fäden überflüssig und führt zu abgesenkten mechani schen in-plane Eigenschaften im Vergleich zu UD-Tapes.

Ein Verfahren zur direkten Herstellung von Teilen, bzw. des kompletten Bauteils als Pre form ist das sogenannte TFP, wobei hier ein Trägermaterial verwendet werden muß. Die ses Verfahren benutzt eine modifizierte Sticktechnologie, weshalb die Problematik der Rückseite dieses Verstärkungstextils von Bedeutung ist. Es entstehen Verknotungslagen des eingesetzten Doppelsteppstichs, welche bei der einzelnen Fixierung jedes einzelnen benötigten Rovings, von größerem Ausmaß sind. Von diesen Verknotungslagen ausge hend, sind Fehlstellen im FKV zu erwarten, was in Verbindung mit dem Trägermaterial erheblich sein kann. Weiterhin, können mehrere Teile parallel gefertigt werden, jedoch muß anschließend das Trägermaterial von der Stickmaschine entfernt, und die Maschine anschließend mit neuem Trägermaterial neu gerüstet werden. Ferner erfordert dieses Verfahren eine Fixierung jedes einzelnen Rovings, was, insbesondere für große Laminat dicken, zu einer häufigen Penetration der Sticknadeln durch die Verstärkungsstruktur kommt. Schädigungen der Verstärkungsrovings bleiben hierbei nicht aus. Ein weiterer Hemmschuh dieser Technologie stellen unterschiedliche und nicht exakt vorhersagefähige Bauteildicken und die Berechnung solcher Strukturen dar.

Im Folgenden werden die Ausführungen unterteilt in Duromere-FKV und Thermoplast- FKV, um die unterschiedlichen Problemstellungen und Lösungen einzuteilen.

Duromere-FKV

Im Falle der Verarbeitung zu FKV Systemen mit duromerer Matrix hat sich die Harzinjekti onstechnik (RTM) als sehr flexibles Fertigungsverfahren etabliert. Hierbei werden vorkon fektionierte Preforms und/oder textile Verstärkungsstrukturen (konfektionierte Gelege, Geflechte, Gestricke, Gewebe, etc.) als Verstärkungshalbzeug eingesetzt.

Zur Herstellung von komplexen Preforms werden, in einem vorgelagerten Prozeß herge stellte textile Strukturen, eingesetzt. Jede einzelne benötigte Lage dieser Halbzeuge wird separat zugeschnitten um in einem Folgeprozeß zu dickeren Paketen zusammengefügt (Nähen oder Kleben bzw. Bindertechnologien) zu werden. Alle Eigenschaften dieser Halb zeuge, werden dabei übernommen (vgl. oben). Folgt man diesen Prozessen entstehen zahlreiche weitere Fertigungsschritte, welche den gesamten Prozeß in seiner Wirtschaft lichkeit erheblich negativ beeinflussen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die einzelnen benötigten Lagen vor der Montage zueinander fixiert vorliegen müssen. Der Handhabung kommt hier eine immense Bedeutung zu.

Randproblematiken die zu Fehlstellen oder Prozess-Fehlern führen, können (z. B. Race- Tracking) nur durch weitere Prozeßschritte vermieden werden. Trockene Kanten textiler Flächengebilde fransen aus und verhindern somit eine endkonturgenaue Fertigung.

Verbesserungen der Schadenstoleranz (Crash- oder Impacteigenschaften) werden mittels Endvernähung hergestellt. Hierbei werden mehrere Gelegelagen zu Paketen zusammen gefaßt und nochmals verwirkt, was als Endvernähung bezeichnet wird. Solche Maßnah men senken die mechanischen "in-plane" Eigenschaften erheblich ab. Insbesondere ist dies entscheidend, wenn nicht die komplette Bauteilfläche den erhöhten Impact- Anforderungen standhalten muß, sondern lokal die in-plane Eigenschaften entscheidender sind.

Thermoplast-FKV

Im Falle thermoplastischer FKV Systeme ist im allgemeinen eine Imprägnierung und Kon solidierung der Fasern mit der Matrix in einem separaten Schritt vorzunehmen (Halbzeug herstellung). Hierzu werden flächige textile Halbzeuge eingesetzt.

Derzeitig verfügbare konfektionierte Gelege sind hinsichtlich Bindefadenanteil bzw. Bin defaden-Anordnung, dies entspricht in der Regel einer eindimensionalen flächigen Ma schenstruktur, nicht optimiert. Im Falle der Verarbeitung von matrixkompatiblen Garnen, die in der Regel größere Feinheiten und Durchmesser aufweisen, findet durch den sehr hohen Anteil an Bindefäden eine erhebliche Schädigung der Fasern in der Ebene statt.

Diese konfektionierten Gelege können mittels Pulverimprägnierverfahren aufgrund der teilweise sehr dicken Lagenpakete und in Verbindung mit Hochtemperatur-(HT)-Ther moplasten (aufschmelzen bzw. zersetzen der Bindefäden und der damit verbundenen Auflösung der Gelegestruktur) nicht verarbeitet werden.

Im Falle der Film-Stacking-Verfahren können zwei Wege verfolgt werden. Um die Fließ wege gering zu halten müssen Gelege mit niedrigem Flächengewicht (< 500 g/m²) einge setzt werden. Andererseits können Gelege mit hohem Flächengewicht (< 500 g/m²) nur verarbeitet werden, wenn während der Gelegeherstellung Folien in das konfektionierte Gelege mit eingewirkt werden. Diese Methode scheitert oftmals an dem sehr engen Ma schenbett und der begrenzten Durchgangshöhe der Wirkeinheit und kann somit nur bei sehr dünnen Folien genutzt werden.

Die derzeitig konventionell eingesetzten Bindefäden erfüllen nach der Halbzeugherstellung oftmals keine Funktion im Verbund. Weiterhin sind diese Bindefäden schädlich im Bezug auf die Laminatqualitäten, da durch die Behandlung mit Spulölen und Gleitmittel, sowie teilweise durch den Faden selbst, Fremdstoffe in die Verbundmatrix gelangen. Erweichen oder schmelzen diese Fäden zu früh während der Halbzeugherstellung, verschieben sich die Faserlagen, was zu abgesenkten mechanischen Eigenschaften führt. Gleiches gilt auch für die Imprägnierung bzw. Direkimprägnierung von konfektionierten Gelegen auf basis von Hybridfäden.

Eine optimale Verarbeitung von konfektionierten Gelegen wird nur durch den Einsatz von speziellen Garnen (Kohlenstoff-, Glas- oder Aramidfaser bzw. matrixkompatible Bindefä den), welche die notwendige Temperaturbeständigkeit aufweisen, um die Fasern bei der Imprägnierung bzw. der Konsolidierung fixiert zu halten, erreicht.

Die Weiterverarbeitung von "TFP" Halbzeugen zu thermoplastischen FKV ist mittels Direk timprägnier- und thermoplastischen Injektionsverfahren möglich. Die Vorteile des bela stungsgerechten Ablegens von Verstärkungsfasern bleiben erhalten, jedoch ist der Nähfa denanteil, aus Gründen wie oben beschrieben, als kritisch einzuordnen. Die Werkzeuge sind aufgrund der Dickenvariationen komplex, wobei durch die Verknotungslagen der Nähfäden und den Nähfäden selbst keine glatten Oberflächen entstehen können. Wirt schaftliche kontinuierliche Prozesse sind hier nicht denkbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, die diversen Prozeßschritte die zwischen dem textilen Pro zeß und der fertigen Bauteilpreform bzw. dem thermoplastischen Halbzeug (vollständig konsolidierte und imprägnierte Platte oder Preform) liegen zu reduzieren und zu erleich tern. Das neue Verfahren leitet sich aus den Anforderungen an die textile Verstärkungs struktur ab, möglichst ausgerichtete, nicht geschädigte Fasern einzusetzen, die aber gleichzeitig weiterverarbeitbar sind.

Zur Herstellung von komplexen 3D-Gemotrien für die Injektionstechnologien sollen Ein zelteile erzeugt werden, welche in möglichst wenigen sehr einfachen Prozessschritten zur gewünschten Struktur montiert werden können. Ebenfalls sollen diese in hohem Maße belastungsgerecht optimiert sein, lokale Krafteinleitungselemente bzw. spezielle Verstär kungen aufweisen, oder sonstige Funktionselemente, integrieren.

Durch die Möglichkeit zur Herstellung von "passgenauen" Einzelteilen ist es auch möglich den Harzinjektionsprozess gezielt zu beeinflussen (z. B. Lokale Erhöhung des Faservolu mengehaltes) oder Sensorik (Aktuatorik, "Life-time-Monitoring") gezielt in die Preform ein zubringen.

Eine gezielte Herstellung der geforderten bauteilspezifischen Einzelteile (Einzellagen) steigert die Effizienz des Prozesses, und führt gleichzeitig zu einer Senkung der Material kosten.

Bei der Weiterverarbeitung zu FKV mit thermoplastischer Matrix können die Verarbei tungseigenschaften, die Weiterverarbeitbarkeit und die Qualität des Produktes verbessert werden. Hiermit kann für thermoplastische FKV der Bereich der gängigen Halbzeuge so wie der Bereich der konfektionierten Halbzeuge ("Tailored Blanks") weiter erschlossen werden.

Das Verfahren dient somit zur Absenkung der Kosten bei der Herstellung von endlosfaser verstärkten Bauteilen aus Faser-Kunststoff-Verbund-(FKV)-Bauteilen.

Die Problematik wird mittels eines Verfahrens des Anspruchs 1 gelöst.

Die Vorteile des neuen Verfahrens "Mehrdimensionale prozeß- und bauteilorientierte Halbzeugkonfektionierung" werden anhand 3er Teil-Bereiche beleuchtet:

Textile- und Vorkonfektionierte Halbzeuge

Mit dem Verfahren zur Herstellung sogenannter "Manufacturing Process Adapted Rein forcements (MPAR)" können flächige textile Verstärkungsstrukturen erzeugt werden, die ohne typische textile Bindungstypen auskommen und trotzdem verarbeitbar sind. Als Ar mierung für Faser-Kunststoffverbundwerkstoffe eignen sich solche Halbzeuge insbesonde re, da die Fasern ausgerichtet vorliegen und die benötigten Faserorientierungen beliebig einstellbar sind.

Durch die Art der eingesetzten Nähtechnik ist es ebenfalls, im Gegensatz zu einem sehr engen maschenbildenden Bett einer Wirkmaschine (Liba, Mayer, Malimo), möglich mehr dimensional, d. h. in verschiedenen Richtungen, Nähte einzubringen. Deshalb ist es auch möglich kontinuierlich Krafteinleitungselemente in die textile Verstärkungsstruktur einzu binden. Die Anbindung von Krafteinleitungselementen an die textile Struktur erfolgt dabei über Verstärkungsnähgarne die beim Annähen eingesetzt werden.

Durch die Erzeugung von bauteilspezifisch optimierten Nahtgeometrien auf der flächigen Strukturen, sind somit optimale Faserorientierung bei gleichzeitiger Gewährleistung der Verarbeitbarkeit gegeben. Das Verfahren ist auf einen kontinuierlichen Vorgang ausgelegt, und bietet somit die Möglichkeit einzelne Halbzeug-Konfektionierungen mittels eines Le geprogramms, im Sinne der Vermeidung von Verschnitt, optimal aufzubringen. Durch die Möglichkeit der kontinuierlichen Herstellung entfallen zahlreiche Handhabungs- und Zu schneideschritte. Ebenfalls können Handhabungsvereinfachungen durch Positionierungen usw. vorgesehen werden, was die folgenden Prozesse erheblich vereinfacht.

Duromere-FKV

Die Halbzeuge die durch Anwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 hergestellt wer den, können je nach Anforderung endkonturgenau ausgeschnitten zu einem vereinfachten Preform-Assembly gebracht werden. Vorteile der Harzinjektionsverfahren können auf grund der net-shape Fähigkeit (kein Ausfransen durch die, dem Rand fixierenden, Nähte) und der freien Einstellbarkeit der Faserorientierungn, vollkommen ausgenutzt werden. Die Integration von Inserts und anderen Funktionslementen (z. B. Sensorik) erlaubt eine weite re Annährung an die Wirtschaftlichkeit von Spritzgußprozessen. Nacharbeiten und die damit verbundene Schädigung des Laminates finden nicht statt. Race-Tracking-Effekte können durch eine Einstellbarkeit des Faservolumengehaltes im Randbereich vermieden werden. Durch die Verwendung spezieller Nahtparameter (Nadelgeometrie, Verknotungs anordnung), ist es möglich gezielt Fließkanäle in die Faser-Preform einzubringen, um die vollständige Imprägnierbarkeit der Struktur zu gewährleisten.

Thermoplast-FKV

Werden in Abhängigkeit von der Matrix, ausreichend temperaturbeständige Bindefäden eingesetzt, können solche kontinuierlich hergestellten "Manufacturing Process Adapted Reinforcements (MPAR)" mittels einer Pulverimprägniereinheit zur Herstellung von ther moplastischen FKV, eingesetzt werden.

Hiermit wird auch die Verarbeitung von HT-Thermoplasten ermöglicht. Durch die Begren zung der Fadenanzahl wird die spätere Weiterverarbeitung nicht beeinträchtigt und die mechanischen Kennwerte in der Ebene bleiben erhalten.

Bedingt durch die Reduzierung der Nadelanzahl und die größere Durchgangshöhe können auch Folien kontinuierlich eingebracht werden, um Fließwege zu verkürzen.

Werden direkte Imprägniertechniken zur Verarbeitung von Hybridfäden eingesetzt, bieten sich die gleichen Potentiale wie bei der Verarbeitung von Duroplast basierten FKV-Sys temen.

Beispielbeschreibung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden in zwei Bereichen, Duromere-FKV und Thermoplast-FKV, unterteilt und näher beschrieben:

Es zeigen:

Fig. 1 Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von bauteil- und prozessorientierten Verstärkungsstruktur-Halbzeugen

Fig. 2 Bild eines kontinuierlich hergestellten Halbzeugs zur Radomfertigung mit in tergrierten Befestigungselementen und lokalen, zusätzlichen Verstärkungen

Fig. 3 Bild eines Radompreform-Einzelteils

Fig. 4 Integration von Krafteinleitungen

Fig. 5 Halbzeugherstellung zur flächigen Weiterverarbeitung

Beschreibung der Erfindung

Mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 (Fig. 1), ist es möglich konfektionierte Faserhalb zeuge zu erzeugen, diese sind hinsichtlich Faserorientierung und Kontur des späteren Bauteils optimiert. Lokale Verstärkungen oder Nahteinbringungen werden exakt nach ge gebenen bauteil- oder prozess-spezifischen Anforderungen und Gegebenheiten vorge nommen.

Faserbündel oder Rovings (1) werden mit einer Legeeinheit (2), siehe Gelege-Herstellung (Liba, Malimo) mit verschiedenen Faserorientierungen abgelegt (3). Die Faserbündel wer den hierbei auf einem Transportgatter (4) zur Vernähstation (5) transportiert. Die Vernäh station besitzt mindestens einen Nähkopf der beliebig in der Ebene programmiert werden kann. Die Nähgeschwindigkeit, bzw. die Bewegung des Nähkopfes sind unabhängig von der Bewegung der Transportbänder. In einer folgenden Nähstation (6) werden zusätzliche Funktionselemente (z. B. Krafteinleitungselemente) und lokale Verstärkungen integriert. Das so hergestellte Halbzeug kann auf Rollen aufgewickelt (7) transportiert werden. Es können beliebig viele Lege- und Vernähstationen in Reihe (nicht nur hintereinander ge schaltet) betrieben werden, weshalb die Einbringung von, in Produktionsrichtung orien tierten Faserbündel-Scharen durch ein vorangeschalteten Nähprozess quer zur Produkti onsrichtung gelingt. Vor, oder nach dem Ablegen der Faserbündel können zusätzlich flä chige Verstärkungen, z. B. Sandwichelemente dem Lagenaufbau zugeführt werden (8).

Im Folgenden werden zwei Beispiele aus der Verarbeitungstechnik für duroplastische bzw. thermoplastische FKV gegeben.

Duromere-FKV Beispiel Radom-Preform (Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4)

Durch den Einsatz des Verfahrens nach Anspruch 1 können mehrere Prozessschritte zur Herstellung der trockenen Verstärkungsstruktur vermieden bzw. vereinfacht werden. Die separate Herstellung eines textilen Halbzeugs für das Preforming entfällt. Die handar beitsintensive Vorbereitung zur Herstellung der Preforms kann automatisiert und wesent lich vereinfacht werden. Eine kraftflussorientierte Positionierung lokaler, zusätzlicher Ver steifungen oder Verbindungselemente findet bereits während der Halbzeugherstellung statt. Durch den Einsatz solcher Halbzeuge wird auch eine Nachbearbeitung der Faser- Kunststoff-Verbunde vermieden.

Auf einer Anlage (Fig. 1) wird zunächst die Grundstruktur des Lagenaufbaus abgelegt (3). Der Aufbau hier entspricht einer Legeeinheit nach Prinzip Liba. Hierbei können Faserori entierungen und Lagenzahl beliebig eingestellt werden (z. B. quasi-isotrop). Die Geome triekontur (9) der Radom-Abwicklung (Fig. 2) wird beliebig oft auf den flächig abgelegten Fasern aufgenäht (10). Das Ablegen des Lagenaufbaus und das Vernähen ist relativ zu einander, aber unabhängig, gesteuert. Die runde Außengeometrie wird durch in x- und y- Achse bewegliche Nähköpfe realisiert. Mit dem Nähkopf, bei dem einzelne Stiche pro grammierbar sind, werden die Befestigungselemente (11) integriert, d. h. angenäht (16) (Fig. 4). Diese Einsätze werden exakt auf den abgelegten Fasern positioniert. Ein weiterer Nähkopf fixiert lokale Verstärkungen wie Flechtschläuche (12), zusätzliche Faserbündel oder sonstige Verstärkungsstrukturen. Ausbrüche (13), wie zum Beispiel für Bolzenverbin dungen werden im gleichen Prozess abgebildet. Zur Versteifung der Struktur werden in definierte Zonen zusätzlich Nähte (14) zur Steigerung der Schiebefestigkeit eingebracht.

Mehrere Einzelprozesse werden durch dieses Verfahren ersetzt, der Prozess findet maß geschneidert statt. Zuschneidarbeiten und Positionierarbeiten beim Preform- Zusammenbau einzelner Zuschnitte werden bis auf ein Mindestmaß reduziert. Der Ver schnitt wird durch diese Maßnahmen erheblich reduziert, insbesondere wenn eine opti male Anzahl an Preforms auf die Legebreite der Maschine projiziert wird.

An den Nähprozeß anschließend kann die Rolle mit den vorgefertigten Verstärkungshalb zeugen (7) aufgerollt werden, dies dient einer optimalen Handhabbarkeit der bauteilorien tierten Halbzeuge, eine Verschiebung der Einzellagen, bzw. Ausfransen wird vermieden.

Nach dem Abrollen werden die Preforms ausgestanzt oder ausgeschnitten, die fertige Preform (Fig. 3) (15) kann in das Werkzeug eingelegt werden. Die Positionierung der Preform im Werkzeug, zur Sicherung der Faserorientierungen geschieht über die Befesti gungselemente (11) bzw. der lokalen Verstärkungen (12). Eine Faltenbildung des textilen Verstärkungselements findet nicht statt, da zwischen den Einzellagen keinerlei Bindung hergestellt wurde. Die Zahl der eingebrachten Nähte (14) richtet sich nach der notwendi gen Schiebefestigkeit zur Preform-Montage bzw. des duromeren Verarbeitungsprozesses.

Das so hergestellte Bauteil ist endkonturgenau (15), was sich aus dem Halbzeugherstel lungsprozess ergibt. Die Prozessschritte der Nachbearbeitung entfallen.

Thermoplast-FKV Beispiel Kofferhalbschale (Fig. 5)

Der Einsatz eines Verfahrens nach Anspruch 1 ermöglicht eine bauteilorientierte Herstel lung von Faser-Halbzeugen zur Weiterverarbeitung zu thermoplastischen Faser- Kunststoff-Verbunden. Die Konsolidierung der bauteilorientierten Halbzeuge kann weiter hin mit Hilfe einer Doppelbandpresse kontinuierlich erfolgen. Eine kontinuierliche Herstel lung von Thermoplast-Prepregs auf einer Pulverstreuanlage ist möglich, sofern tempera turbeständige Nähfäden eingesetzt werden.

Auf einer Anlage (Fig. 1) wird zunächst die Grundstruktur (3) des Lagenaufbaus abgelegt. Die notwendige Anzahl an Nähten (18), zur Fixierung der Einzellagen, werden mittels ei nes Nähkopfes aufgebracht. Es werden nur soviele Nähte wie unbedingt nötig einge bracht. Lokal können an impactgefährdeten Zonen erhöhte Z-Fadenanteile eingebracht werden (17). Die Herstellung erfolgt kontinuierlich, auf einer definierten Legebreite. Das hier noch flächige Halbzeug kann auf Rollen transportiert werden. Durch die geschlossene Fläche und der definierten Breite des Halbzeugträgers, kann ein Pulverimprägnierung bzw. eine Imprägnierung auf einer Doppelbandpresse erfolgen.

Werden auf der Anlage (Fig. 1) Hybrid-Garne verarbeitet, kann die Imprägnierung auf ei ner Doppelbandpresse oder mittels Direktimprägnierung stattfinden. Für das Direktimprä gnierverfahren ist die gleiche Vorgehensweise wie bei duromeren FKV vorgesehen. Im Bezug auf Near-Net-Shape Technologien, von einfachen Geometrien, eröffnen sich die gleiche Möglichkeiten wie für duromere Systeme

Claims

1. Kontinuierliche Herstellung von bauteil- und prozessorientierten Faser-Halbzeugen ausgehend von Faserbündeln, dadurch gekennzeichnet, daß diese Faserbündel auf einer Legeeinheit abgelegt und durch beliebig orientierte Nähte fixiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nähte das Bauteil end konturgenau darstellen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Krafteinleitungsele mente in die Faserstruktur integriert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Ver stärkungstrukturen, bereichsweise oder flächig, (Bsp. Textile Flächengebilde, Rovings) positioniert und nähtechnisch fixiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß Matrixsysteme, bereichsweise oder flächig, in Form von Folien bzw. Filmen in die Faserstruktur inte griert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß Kernwerkstof fe, bereichsweise oder flächig, (Bsp. Waben-, Zell- und Schaumstrukturen) in die Fa serstruktur integriert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß an die Naht funktion angepaßt, unterschiedliche Nähgarne (Bsp. matrixkompatible Nähfäden) ver wendet werden. Nahtfunktionen werden definiert als Fixier- bzw. Positioniernähte, lo kale bzw. flächige Strukturnähte, prozessbedingte Nähte und Montage bzw. Handling dienliche Nähte.